Thiết kế hệ thống lái xe du lịch 7 chỗ (kèm bản vẽ)

https://www.tailieucokhi.net/2018/04/thiet-ke-he-thong-lai-cho-xe-du-lich.html

Bộ giáo giục và đào tạo cộng hoà xã hội chủ nghĩa việt nam trờng đại học bách khoa hà nội Độc lập Tự do Hạnh phúc– –

NHIệM Vụ THIếT Kế TốT NGHIệP

Họ và tên : Nguyễn Quang Anh

Khoá : K46

1 Nhiệm vụ đề tài:

Thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch 7 chỗ ngồi

2 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

1 Khảo sát chung về hệ thống lái trên ôtô

2 Thiết kế hệ thống lái dựa trên số liệu của xe yêu cầu

3 Xây dựng đặc tính cờng hoá cho hệ thống lái

4 Xây dựng quy trình công nghệ gia công một chi tiết trong hệ thống lái

5 Tìm hiểu các vấn đề về bảo dỡng và sửa chữa hệ thống lái

3 Các bản vẽ và đồ thị:

1 Bản vẽ bố trí chung cơ cấu lái 1A0

2 Bản vẽ lựa chọn các phơng án thiết kế 1A0

3 Bản vẽ quan hệ động học quay vòng và đặc tính cờng hoá 1A0

4 Bản vẽ cơ cấu lái + xy lanh lực +van phân phối 1A0

5 Bản vẽ sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống lái 1A0

6 Bản vẽ chi tiết của hệ thống lái (4 chi tiết) 1A0

7 Bản vẽ quy trình công nghệ gia công một chi tiết 1A0

4 Cán bộ hớng dẫn

………

………

………

5 Ngày giao nhiệm vụ thiết kế Ngày 20 tháng 02 năm 2006.… … … …

6 Ngày hoàn thành nhiệm vụ Ngày……….tháng ……… năm 2006 CHủ NHIệM bộ môn cán bộ hớng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Kết quả đánh giá: Sinh viên đã hoàn thành -Quá trình thiết kế ……… và nộp toàn bộ bản thiết kế cho khoa -Điểm thuyết minh ……… Ngày ………tháng …… năm 2006 Ngày ……tháng……năm 2006 (ký tên) -Bản vẽ thiết kế ………

Ngày …… tháng năm 2006…

Chủ tịch hội đồng (Ký và ghi rõ họ tên)

Mục lục

Lời nói đầu ……… 04

Chơng I: Tổng quan về hệ thống lái I Tổng quan hệ thống lái ôtô ……… …… .05

II Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô ………08

Chơng II: Tính toán hệ thống lái I Các thông số của xe thiết kế……… … 26

II Chọn phơng án thiết kế……… … 26

III Tính toán động học hình thang lái ……… … 27

IV TT-TK cơ cấu lái Trục vít-Êcu bi-thanh răng cung răng 38… V Tính bền các chi tiết còn lại của hệ thống lái……… 49

Chơng III: Thiết kế hệ thống cờng hoá lái I Đặc điểm của cờng hoá lái……… ……… 60

II Lựa chọn phơng án bố trí cờng hoá lái……… … 61

III Tính toán cờng hoá lái……… …… 69

Chơng IV: Quy trình công nghệ gia công khớp cầu……… 81

Chơng V: Bảo dỡng – sửa chữa hệ thống lái……… …… 91

Kết luận……… 94

Tài liệu tham khảo……… 95

Lời nói đầu

Trong nền kinh tế đang tăng trởng mạnh mẽ của nớc ta, nhu cầu về giao thông vận tải ngày càng lớn Vai trò quan trọng của ôtô ngày càng đợc khẳng

định vì ôtô có khả năng cơ động cao, vận chuyển đợc ngời và hàng hoá trên nhiều loại địa hình khác nhau

Những năm gần đây, lợng xe du lịch có xu hớng tăng lên, đặc biệt là các loại

xe 7 chỗ với u điểm về khả năng cơ động, tính kinh tế và thích hợp với nhiều mục đích sử dụng khác nhau

Với ôtô nói chung và xe du lịch nói riêng, an toàn chuyển động là chỉ tiêu hàng đầu trong việc đánh giá chất lợng thiết kế và sử dụng của phơng tiện Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động là hệ thống lái đặc biệt là ở tốc độ cao Với đồ án tốt nghiệp của mình, em đã cơ bản hoàn thành việc thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch 7 chỗ

Sau hơn ba tháng, đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Chởng và

sự giúp đỡ của các bạn cùng lớp, em đã cơ bản hoàn thành đồ án tốt nghiệp Trong quá trình thực hiện, chắc chắn em không tránh khỏi những thiếu sót Do

đó, em rất mong nhận đợc sự chỉ bảo và góp ý của các thầy và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội ngày tháng năm 2006… … Sinh viên

Nguyễn Quang Anh

Chơng I Tổng quan Hệ thống lái

I Mô tả chung hệ thống lái.

1 Tổng quan.

Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hớng chuyển động của ôtô nhờ quay vòng các bánh xe dẫn hớng cũng nh để giữ phơng chuyển động thẳng hay chuyển động cong của ôtô khi cần thiết

Việc điều khiển hớng chuyển động của xe đợc thực hiện nh sau: vành lái tiếp nhận lực tác động của ngời lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền mômen từ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tới các thanh dẫn động lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái

đến các bánh xe dẫn hớng Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng chủng loại xe

Để quay vòng đợc thì ngời lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực Đồng thời cần có một phản lực sinh ra từ mặt đờng lên mặt vuông góc với bánh xe Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hớng phải quay quanh một tâm quay tức thời khi quay vòng

2 Các trạng thái quay vòng của xe.

Sự chuyển động và thay đổi hớng chuyển động của xe trên đờng là quá trình phức tạp Khi xe chuyển động trên đờng vòng với tốc độ thấp thì ứng với mỗi vị trí góc quay của vành tay lái nhất định θvl xe sẽ quay vòng với một bán kính quay vòng R0 tơng ứng Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh (quay vòng

đủ)

Trong thực tế xe thờng chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quay vòng là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thờng gặp là trạng thái quay vòng thiếu và quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ chuyển

động, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo

Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R0 ngời lái phải tăng góc quay vành lái một lợng θvl Khi quay vòng thừa, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R0 ngời lái phải giảm góc quay vành lái một lợng θvl Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguy hiểm, làm mất tính ổn định và tính điều khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm (vận tốc quay vòng của xe tăng kéo theo lực ly tâm khi quay vòng tăng) ở những trạng thái này yêu cầu ngời lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt Vấn đề chất tải, độ đàn hồi của lốp cũng có ảnh hởng tới tính năng quay vòng và tính an toàn chuyển động của xe, đặc biệt là những xe có vận tốc lớn

Hình 1.1-Các trạng thái quay vòng của xe.

3 Phân loại hệ thống lái.

Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:

3.1 Phân loại theo phơng pháp chuyển hớng.

+Chuyển hớng hai bánh xe ở cầu trớc (2WS)

+Chuyển hớng tất cả các bánh xe (4WS)

3.2 Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực.

+Hệ thống lái cơ khí

+Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí nén

3.3 Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.

+Cơ cáu lái kiểu trục vít glôbôit - con lăn

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít - êcu bi

+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng

3.4 Phân loại theo cách bố trí vành lái.

+ Bố trí vành lái bên trái (theo luât đi đờng bên phải)

+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đờng bên trái)

4 Yêu cầu của hệ thống lái ôtô.

Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển

động của ôtô là hệ thống lái Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:

 Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé

 Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với ngời lái

 Đảm bảo đợc động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trợt lết khi quay vòng

 Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hớng

4 5 6

7

9 8

9.Bánh xe

1 Vành lái.

Vành lái có dạng vành tròn Lực của ngời lái tác dụng lên vành lái tạo ra mô men quay để hệ thống lái làm việc Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực ngời lái trên vành tay lái với bán kính của vành lái

Trục lái có nhiệm truyền mômen lái xuống cơ cấu lái Trục lái gồm có trục

lái chính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái và ống truc lái để cố định trục lái vào thân xe Trục lái kết hợp với một cơ cấu hấp thụ va đập Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên ngời lái khi có

va đập mạnh hoặc khi tai nạn xảy ra

Trục lái thờng có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi đợc góc nghiêng và loại trục lái không thay đổi đợc góc nghiêng

Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn có thể có thêm một số cơ cấu điều khiển nh : cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái

để có thể điều chỉnh vị trí vô lăng theo phơng thẳng đứng phù hợp với ngời lái,

hệ thống trợt trục lái để có thể điều chỉnh đợc chiều dài của trục lái và đạt đợc vị trí ngồi lái tốt nhất cho ngời lái

3 Cơ cấu lái.

Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của ngời lái đến các bánh xe dẫn hớng Tỷ số truyền của cơ cấu lái thờng bằng 18 đến 20 đối với

xe con và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải

3.1 Các yêu cầu của cơ cấu lái.

Cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:

+ Có thể quayđợc cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.+ Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất nghịch để các va đập từ mặt đờng đợc giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái + Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết

+ Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái

+ Độ dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất

+ Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao

+ Chiếm ít không gian và dễ dàng tháo lắp

Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hởng tới sự truyền các va đập từ măt đờng lên vô lăng Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô lăng càng ít, nhng nếu độ đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hởng đến khả năng chuyển động của xe Độ đàn hồi của hệ thống lái đợc xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tính trên vành lái vô lăng và mô men đặt trên vành lái Độ đàn hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào

độ đàn hồi của các phần tử nh cơ cấu lái, các đòn dẫn động …

3.2 Tỉ số truyền của cơ cấu lái:

Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng

Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành lái đến các bánh xe dẫn hớng Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhng ngời lái phải quay vô lăng nhiều hơn khi quay vòng.

Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng quay của vô lăng thì bánh xe phải quay đợc tối đa từ

350 đến 450 từ vị trí trung gian trở đi Quy luật

thay đổi tỷ số truyền thích hợp nhất đợc thể

hiện trên giản đồ bên:

Trong phạm vi góc quay θ ≤ π/2 thì tỷ số

truyền của cơ cấu lái có giá trị cực đại đảm bảo

chính xác cao trong khi lái ôtô trên đờng thẳng

với tốc độ cao và giúp lái nhẹ nhàng vì đa số

thời gian lái là quay vành lái một góc nhỏ

quanh vị trí trung gian Ngoài việc lái nhẹ ra, cơ

cấu lái có tỷ số truyền thay đổi theo qui luật nh thế sẽ giảm ảnh hởng của những

va đập từ bánh dẫn hớng lên vành lái

Khi θ > π/2 thì ic giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị thì ic hầu nh không thay

đổi ở đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hớng quay một góc lớn giúp khả năng quay vòng của ôtô tốt hơn

180 360 540

5 10 15 20 25

Hình 1.3: Quy luật thay đổi

lái

c

d i d

θω

3.3 Tỷ số truyền của dẫn động lái i d

Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thớc và quan hệ của các cánh tay đòn Trong quá trình bánh xe dẫn hớng quay vòng giá trị của các cánh tay đòn sẽ thay

đổi Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id = 0,9 ữ 1,2

3.4 Tỷ số truyền lực của hệ thống lái i l

Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hớng và lực

đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng

c l l

p i

p

= (1 - 2) ,

Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe

c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đờng trục đứng kéo dài

Ml - mômen lái đặt trên vành lái

r - bán kính vành tay lái

Nh vậy ta có:

.

c l

ig không vợt quá 25 vì vậy il không đợc lớn quá, il hiện nay chọn trong khoảng

từ 10 ữ 30

3.5 Hiệu suất thuận

Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống Hiệu suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệu suất thuận cao

định Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã quay về vị trí ban

đầu và để hạn chế các va đập từ đờng tác dụng lên hệ thống lái trong một phạm

vi nào đấy thì cơ cấu lái đợc thiết kế với một hiệu suất nghịch nhất định

3.7 Một số loại cơ cấu lái thờng dùng:

3.7 1 Cơ cấu lái trục vít chốt quay

Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:

+ Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay

+ Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay

Hình 1.4: Cơ cấu lái trục vít chốt quay

Ưu điểm:

Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho trớc Tùy theo điều kiện cho trớc khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt đợc đặt trong ổ bi

3.7 2 Cơ cấu lái trục vít con

lăn

Loại cơ cấu lái này đợc sử dụng

rộng rãi nhất Cơ cấu lái gồm trục

vít glôbôit 1 ăn khớp với con lăn 2

(có ba tầng ren) đặt trên các ổ bi

kim của trục 3 của đòn quay đứng

Số lợng ren của loại cơ cấu lái trục

vít con lăn có thể là một, hai hoặc

ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu

Hình 1.5 Cơ cấu lái trục vít con lăn

21

31

Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động này làm quay răng rẻ quạt Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng Khi bánh răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn động làm quay bánh xe dẫn hớng.

Hình 1.6- Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn.

+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hớng

+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hớng sao cho không xảy ra hiện tợng trợt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh

xe dẫn hớng

+ Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trớc, đòn kéo ngang và đòn kéo bên Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng một góc thì các bánh xe dẫn hớng sẽ quay đi một góc nhất định Hình thang lái có thể bố trí trớc hoặc sau cầu dẫn hớng tùy theo bố trí chung

Quan hệ hình học ACKERMAN

32

Quan hệ hình học ACKERMAN biểu thị quan hệ góc quay của các bánh xe dẫn hớng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay tức thời của xe nằm trên đờng kéo dài của tâm trục cầu sau

Hình 1.7- Quan hệ hình học của ACKERMAN.

Để thực hiện quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hớng (trên cùng một cầu) phải quay theo các góc α, β khác nhau và quan hệ hình học đợc xác định theo biểu thức sau :

Cotg Cotg B

L

Trong đó :

L : chiều dài cơ sở của xe

B0 : khoảng cách của hai đờng tâm trụ quay đứng trong mặt phẳng đi qua tâm trục bánh xe và song song với mặt đờng

α, β : Góc quay của bánh xe dẫn hớng phía trong và phía ngoài Để đảm bảo điểu kiện (1), trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâu gọi

là hình thang lái Đantô Hình thang lái Đantô chỉ áp dụng gần đúng điều kiện trên, song do kết cấu đơn giản nên đợc dùng rất phổ biến Mỗi một chủng loại

Thiết kế hệ thống lái cho xe du lịch 7 chỗ ngồi 16

H

ì n

h 2 1

1 S

ơ

đ

ồ b iể

u d iễ

n c

á

c kí c

h t h

ư ớ

c c ủ

a

đ ò

n q u a

y

đ ứ n

B

O

Đồ án tốt nghiệp SV: Nguyễn Quang Anh - Ôtô K46

xe, có kích thớc và vị trí đòn của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch trong quan hệ hình học của cơ cấu lái 4 khâu với quan hệ hình học ACKERMAN chỉ nằm ở góc quay bánh xe dẫn hớng lớn Giá trị sai lệch so với lý thuyết từ 0030’ đến 10

khi bánh xe dẫn hớng ở vùng quay vòng gấp

Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh lái

Đantô nh sau:

Dầm cầu đứng đóng vai trò là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động các bánh xe, đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu (rotuyl lái) Các đòn bên quay quanh đờng tâm trụ đứng (hình 1.8)

v

b) a)

v

Hình 1.8 - Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền.

a Đòn kéo ngang khi có dầm cầu liền

b Đòn kéo ngang nằm trớc dầm cầu

Trên hệ thống treo độc lập, số lợng các đòn và khớp tăng lên nhằm đảm bảo các bánh xe dịch chuyển độc lập với nhau

Số lợng các đòn tăng lên tuỳ thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái, vị trí bố trí cơ cấu lái, dẫn động lái và hệ thống treo nh… ng vẫn đảm bảo quan hệ hình học ACKERMAN, tức gần đúng với hình thang lái Đantô Hai phơng pháp bố trí dẫn động lái điển hình ở hệ thống treo độc lập đợc trình bày theo hình 1.9:

n

h 2 1

1 S

ơ

đ

ồ b iể

u d iễ

n c

á

c kí c

h t h

ư ớ

c c ủ

a

đ ò

n q u a

y

đ ứ n g.

R s

Hình1.9 - Cơ cấu đòn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập

a Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu

b Đòn ngang nối nằm trớc dầm cầu

Một số xe tải hạng nặng dùng dẫn động lái hai cầu trớc tức 4 bánh dẫn ớng và hai hình thang lái 4 khâu Đantô

đặt bánh xe nếu các góc đặt bánh xe không đúng thì có thể dẫn đến các hiện ợng sau:

t-+ Khó lái.

+ Tính ổn định lái kém

+ Trả lái trên đờng vòng kém

+ Tuổi thọ lốp giảm (mòn nhanh)

5.1 Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber).

Góc tạo bởi đờng tâm của bánh xe dẫn hớng ở vị trí thẳng đứng với đờng tâm của bánh xe ở vị trí nghiêng đợc gọi là góc Camber, và đo bằng độ

Hình 1.11- Góc CAMBER.

Góc Camber ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngợc lại dới tác động của trọng lợng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi tiết của trục trớc và hệ thống treo trớc Đồng thời giảm cánh tay đòn

của phản lực tiếp tuyến với trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái

Khi chuyển động trên đờng vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe nghiêng theo hớng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, các bánh

xe trong nghiêng ra ngoài so với thân xe Để các bánh xe lăn gần vuông góc với mặt đờng để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao, hệ treo độc lập thì góc Camber thờng âm

9

0 0

CAMBE R (-) (+)

5.2.Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster).

Góc nghiêng dọc của trụ đứng đo bằng độ, xác định bằng góc giữa trụ xoay

đứng và phơng thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe Khoảng cách từ giao điểm của

đờng tâm trục đứng với mặt đất đến đờng tâm vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt ờng đợc gọi là khoảng Caster c

bánh xe vào đờng vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng ợng xe khi xe đi vào đờng nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đờng sẽ xuất hiện các phản lực bên Yb

Khi trụ quay đứng đợc đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với chiều

tiến của xe (Caster dơng) thì phản lực bên Yb của đờng sẽ tạo với tâm tiếp xúc một mô men ổn định, mô men đó đợc xác định bằng công thức sau:

M=Yb.c (1- 6)

Mômen này có xu hớng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi nó

bị lệch khỏi vị trí này Nhng khi quay vòng ngời lái phải tạo ra một lực để khắc phục mô men này Vì vậy, góc Caster thờng không lớn Mômen này phụ thuộc

c

Góc Caster

(-)(+)

V

vào góc quay vòng của bánh xe dẫn hớng Đối với các xe hiện đại thì trị số của góc Caster bằng khoảng từ 00đến 30.

5.3 Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin).

Góc nghiêng ngang của trụ đứng đợc xác định trên mặt cắt ngang của xe Góc Kingpin đợc tạo nên bởi hình chiếu của đờng tâm trụ đứng trên mặt cắt ngang đó và phơng thẳng đứng

Hình 1.13 - Góc KingPin

Tác dụng:

Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay quanh trụ đứng với khoảng lệch tâm là bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng r0 Nếu r0 lớn sẽ sinh ra mô men lớn quanh trụ quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm

tăng lực đánh lái Do vậy giá trị của r0 có thể đợc giảm để giảm lực đánh lái, phơng pháp để giảm r0 là tạo Camber dơng và làm nghiêng trụ quay

đứng (tạo góc KingPin)

Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho các bánh xe tự động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng do có mômen phản lực (gọi là mômen ngợc) tác dụng từ mặt đờng lên bánh xe Giá trị của mômen ngợc phụ thuộc vào độ lớn của góc KingPin

90°

(+) (-) Kingpin

Với góc ∆ nh thế thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn

định vành tay lái

Hình 1.15 - Lực cản lăn và vị trí đặt của nó.

ở cầu dẫn hớng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh

xe về phía trớc Bởi vậy góc ∆ giảm.Trong trờng hợp này, để giảm ảnh ởng của lực cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ đột ngột (phanh bằng động cơ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt ∆ có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng không

6 Hệ thống lái có trợ lực.

6.1 Công dụng và sự cần thiết của hệ thống trợ lực lái.

Trợ lực của hệ thống lái có tác dụng giảm nhẹ cờng độ lao động của ngời lái

Trên xe có tốc độ cao, trợ lực lái còn nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe

có sự cố ở bánh xe và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành tay lái Ngoài ra

để cải thiện tính êm dịu chuyển động, phần lớn các xe hiện đại đều dùng lốp bản rộng, áp suất thấp để tăng diện tích tiếp xúc với mặt đờng Kết quả là cần một lực lái lớn hơn

Vì vậy để giữ cho hệ thống lái nhanh nhạy trong khi chỉ cần lực lái nhỏ, phải

có một vài loại thiết bị trợ giúp hệ thống lái gọi là trợ lực lái

6.2 Phân loại hệ thống trợ lực lái.

Dựa vào kết cấu và nguyên lý của van phân phối:

R 0

P f

R 0

f

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van trụ tịnh tiến

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van cánh

Dựa vào vị trí của van phân phối và xi lanh lực:

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơ cấu lái

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt riêng

+ Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực kết hợp trong đòn kéo Hiện nay dạng bố trí thông dụng nhất trên hệ thống lái của xe là van phân phối, xy lanh lực và cơ cấu lái đặt chung Còn nguồn năng lợng là một bơm cánh gạt đợc dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai

6.3 Nguyên lý trợ lực lái.

Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để giảm nhẹ lực lái Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên piston nằm trong xy lanh lực Piston trợ giúp cho việc chuyển động của thanh răng Mức độ trợ giúp phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng lên piston Vì vậy nếu cần trợ lực lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu

6.3.1 Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng).

Dầu từ bơm đợc đẩy lên van điều khiển Nếu van ở vị trí trung gian, tất cả dầu

sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm Vì áp suất dầu bên trái và bên phải piston là nh nhau nên piston không chuyển động về hớng nào

BơmKhối van điều khiển

Piston

Hình 1.16 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian

Xy lanh lực

6.3.2 Khi quay vòng

Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hớng nào, giả sử quay sang phải thì van

điều khiển cung di chuyển làm đóng một phần cửa dầu, còn cửa kia mở rộng hơn Vì vậy làm thay đổi lợng dầu vào các cửa, cùng lúc đó áp suất dầu đợc tạo

ra Nh vậy tạo ra sự trênh lệch áp suất giữa hai khoang trái và phải của piston Sự trênh lệch áp suất đó làm piston dịch chuyển về phía có áp suất thấp, dầu bên áp suất thấp sẽ đợc đẩy qua van điều khiển về bơm

Hình 1.17 - Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái khi quay vòng.

BơmKhối van

điều khiển

Piston

Xy lanh lực

Chơng II Tính toán hệ thống lái

I các thông số của xe thiết kế

Xe du lịch 7 chỗ

Chiều dài toàn bộ: 4290 mm

Chiều rộng toàn bộ: 1800 mm

Chiều cao toàn bộ: 1855 mm

Khoảng cách giữa hai trụ quay đứng: B0= 1480 mm

ph v Nm

M

ph v ml

N

e

e

/160

/2400/295

/3600/125

để đảm bảo mối quan hệ động học của các bánh xe phía trong và phía ngoài khi quay vòng là một điều khó thực hiện Hiện nay ngời ta chỉ đáp ứng gần đúng mối quan hệ động học đó bằng hệ thống khâu khớp và đòn kéo tạo nên hình thang lái Với xe thiết kế có hệ thống treo phụ thuộc, do đó chọn phơng án dẫn

động lái với hình thang lái Đantô (hình thang lái 4 khâu)

III tính toán động học hình thang lái.

Nhiệm vụ của tính toán động học hình thang lái là xác định những thông số tối u của hình thang lái, đảm bảo động học quay vòng của các bánh xe dẫn h-ớng

3.1 Xác dịnh kích thớc hình học của hình thang lái và quan hệ động học của góc quay bánh xe dẫn hớng

3.1.1 Xây dựng quan hệ lý thuyết

Từ lý thuyết quay vòng, hệ thống lái phải đảm bảo gần đúng mối quan hệ giữa góc quay bánh xe dẫn hớng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng Theo giáo trình thiết kế và tính toán ôtô máy kéo mối quan hệ đó đợc thể hiện ở công thức sau:

L

B g

cot (2-1)

suy ra: cotgβ= gα

L

B

cot

0 +Với B0= 1480 (mm); L= 2370 (mm)

β : là góc quay của bánh xe dẫn hớng bên ngoài

α : là góc quay của bánh xe dẫn hớng bên trong

Khi xe đi thẳng các đòn bên tạo với phơng dọc một góc θ Khi ôtô quay vòng với các bán kính quay vòng khác nhau mà quan hệ giữa α và β vẫn đợc giữ nguyên nh công thức trên thì hình thang lái Đantô không thể thoả mãn hoàn toàn

đợc Tuy nhiên ta có thể chọn một kết cấu hình thang lái sao cho sai lệch với quan hệ lý thuyết trong giới hạn cho phép tức là độ sai lệch giữa góc quay vòng thực tế và lý thuyết cho phép lớn nhất ở những góc quay lớn không đợc vợt quá 1,5 độ

Thay các giá trị tơng ứng ta có bảng sau (đơn vị đo góc là độ):

lt

α 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

lt

β 0.00 4.74 9.03 12.95 16.53 19.85 23.05 26.00 28.92

3.1.2 Xây dựng các quan hệ thực tế của cơ cấu Đantô

Hình thang lái Đantô là cơ cấu đảm bảo gần đúng quan hệ của công thức trên Khi cho trớc các kích thớc B0,L.,m,n, θ thì quan hệ α , β đợc xác định nhờ công thức sau:

( ) ( ( ) ) [ ( ) ]2

0 2

2

0

2 0

sin 2 sin 2 sin

arcsin

sin

cos

α θ α

θ

θ θ

α

θ α

θ

α θ θ

β

+

− + +

+

− +

−

− +

−

+ +

=

m B m

B m

B m m

B

m

α β

B L

R s

0

α β

Hình2.2 Sơ đồ động học quay vòng xe có hai bánh dẫn hớng phía trớc.

Theo quan hệ này khi biết trớc một góc θ nào đó thì ứng với mỗi giá trị của góc α ta sẽ có một giá trị của β Nghĩa là hàm số β = f(θ,α) sẽ biểu thị đợc đờng cong đặc tính thực tế của hình thang lái Vấn đề đặt ra là phải chọn các thông số hình thang lái sao cho hợp lý để sự sai khác giữa đờng cong đặc tính của hình thang lái so với đờng đặc tính lý thuyết là nhỏ nhất.

Dùng phơng pháp đồ thị để kiểm tra sự sai khác của đờng đặc tính hình thang lái thực tế so với lý thuyết theo quan hệ β = f(θ,α)

45 , 0 2370 7 , 0 2

1480

7 , 0 2 ) 90 ( cot

θ

L

B g

Dựa vào công thức (2-2) ta xây dựng các đờng đặc tính hình thang lái thực

tế ứng với mỗi giá trị của góc α Đồng thời ta lấy thêm một vài giá trị lân cận với góc θ để so sánh Các giá trị tơng ứng đợc thể hiện trong bảng dới đây:

Với: ∆ β = βlt − βtt

sin 222 2 1480 sin

.

3.2 Xác định mômen cản quay vòng và lực lái lớn nhất.

Lực đặt lên vành lái đợc xác định cho trơng hợp ôtô quay vòng tại chỗ vì lúc này lực cản quay vòng đạt giá trị cực đại Lúc đó mômen cản quay vòng trên một bánh xe dẫn hớng Mc sẽ bằng tổng số của mômen cản lăn M1, mômen ma sát giữa bánh xe và mặt đờng M2 và mômen ổn định M3 gây nên bởi các góc đặt của các bánh xe và trụ đứng

Gbx – träng lîng t¸c dông lªn mét b¸nh xe dÉn híng

6000 ( )

2

12000 2

Suy ra: 125 ( )

2

1480 1730

3.2.2 Mômen cản M 2 do ma sát giữa bánh xe và mặt đờng

Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe thì bề mặt tiếp xúc giữa lốp và

đờng sẽ bị lệch đi đối với trục bánh xe Nguyên nhân lệch này là do sự đàn hồi bên của lốp Điểm đặt của lực Y sẽ nằm cách hình chiếu của trục bánh xe một

đoạn x về phía sau đoạn x đợc thừa nhận bằng nửa khoảng cách của tâm diện tích tiếp xúc đến rìa ngoài của nó theo

xuất hiện mômen cản M3 Việc tính toán mômen

này tơng đối phức tạp nên giá trị mômen cản M3 đợc kể đến bởi hệ số χ

M M M

, 0

1 , 1 ) 35 , 298 30

.(

2

Nm

3.2.3 Xác định lực cực đại tác dụng lên vành tay lái.

Khi đánh lái trong trờng hợp ôtô đứng yên tại chỗ, lực đặt lên vành lái để thắng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hớng là lực lái lớn nhất Lực này đợc xác định theo công thức:

Hình 2.6 Lực ngang Y do lốp xe có tính đàn hồi khi chịu mômen quay vòng

1

ic – tỷ số truyền cơ cấu lái ic =20,5

ηth – hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái

trục vít- êcu bi hiệu suất thuận ηth = 0,7

itr – tỷ số truyền của truyền động lái

1

1204

3.2.4 Xác định góc quay vành lái và bán kính quay vòng ôtô:

1 Góc quay vành lái lớn nhất:

Góc quay vành lái lớn nhất đợc xác định theo góc quay bánh xe dẫn hớng yêu cầu nhằm tạo nên khả năng quay vòng với bán kính quay vòng nhỏ nhất.Thông

ln

ld

Hình 2.7: Sơ đồ xác định tỷ số truyền dẫn động lái.

thờng góc quay bánh xe dẫn hớng kẻ từ vị trí trung gian đến vi trí quay lớn nhất ,lấy trung bình cho cả hai bên βbxmaxcó thể lấy với xe con: βbxmax=310

Góc quay vành lái lớn nhất khi tính từ vị trí trung gian

8 , 1 5 , 635 5 , 20 31

1 max

2370

0 max

tg tg

L R

Hình 2.8: Bán kính quay vòng ôtô

Bán kính nhỏ nhấtRtmincủa hành lang quét phía trong:

) ( 3743 2

215 125 8

, 30

L

α (2- 13)Bán kính nhỏ nhất R nmin của hành lang quét phía ngoài:

) ( 6176 2

215 125 5

, 23 sin

2370 2

Chiều rộng hành lang quét:B hl =R nmin −R tmin = 6176 − 3743 = 2433 (mm) (2-15)

IV Tính toán thiết kế cơ cấu lái trục vít - êcu bi -

θd = 2π.p R c2

⇒ Rc2 =

π

ω

2

.p

i

4.2 Thiết kế bộ truyền trục vít- êcu bi

Tỷ số truyền của hệ thống lái:

t L

c P R

M i

η

max

= (2-18)

Trong đó: Mc - Mômen cản khi quay vòng tại chỗ, Mc = 1204 (Nm)

PLmax - Lực lái lớn nhất của ngời lái, Plmax = 419,5 (N)

R - bán kính vành lái, R = 200 (mm)

ηt = 0,7– hiÖu suÊt truyÒn lùc thuËn cña hÖ thèng l¹i.

7 , 0 5 , 419 2 , 0

H×nh 2.9- HÖ thèng l¸i trôc vÝt - ªcu- bi-thanh r¨ng, cung r¨ng

Tû sè truyÒn cña c¬ cÊu l¸i:

d i

Dtb Dt

d1

Dt Dtb D

Hình 2.10- Các thông số của trục vít - êcu- bi

Khi đánh lái, trục vít bị xoay, tạo ra lực vuông góc từ bề mặt rãnh vít qua các viên bi tác dụng vào bề mặt rãnh bi trên ê cu Lực này đợc phân ra thành 2 thành phần: là lực vòng Pv và lực dọc trục Pd Lực Pd chính là lực tác dụng làm quay bánh răng rẻ quạt

Lực Pd có giá trị nh sau:

n c

t d c d

L R

L M P

.

.

2

η

= (2-20) Trong đó:

Mc- mômen cản quay vòng khi xe đứng tại chỗ, Mc = 1204 (Nm)

Ld - Độ dài đòn quay đứng, Ld = 180 (mm)

Ln - Độ dài đòn quay ngang, đoạn nối giữa trục bánh xe với đòn kéo dọc,

Ld = 180 (mm)